SU1525872A1 - Генератор импульсов тока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано дл  питани  потребителей импульсной электрической мощности. Цель изобретени  - расширение области применени , повышение коммутационной устойчивости, частоты следовани  импульсов. Устройство содержит мостовую схему, в противоположные плечи которой включены катушка 11 индуктивности и накопительный конденсатор 5, в другие противоположные плечи включены коммутаторы. Использование в качестве коммутаторов мостовых тиристорных коммутаторов, в диагонали которых включены соответственно коммутирующие конденсаторы 3,4, и подсоединение источника питани  через зар дную цепь параллельно одному из элементов мостовой схемы позвол ет измен ть форму импульсов тока, длительность фронтов импульсов, увеличить врем , предоставл емое дл  выключени  тиристорам коммутатора. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано дл  питани  потребителей импульсной электрической мощности.

Цель изобретени  - расширение области применени , повышение коммута- 1ЩОННОЙ устойчивости, частоты следовани  импульсов

На фиг,1 изображена принципиальна  схема генератора импульсов тока при подключении источника питани  параллельно накопительному конденсатору; на фиг.2 варианты вьшолнени  порогового ключевого элемента; на фиг„3 - графики тока нагрузки и напр жений на отдельных элементах генератора импульсов тока по фиг.1 при формировании треугольных импульсов тока; на фиг.А - графики тока нагрузки и напр жений на элементах генератора при регулировании длительности фронта импульса тока; на фиг.5 - то же, при регулировании длительности спада импульса тока; на фиг.6 - то же, при формировании квазипр моугольных импульсов тока; на фиг.7 - принципиальна  схема генератора при подключении источника питани  параллельно одному КЗ тиристорных коммутдто- ров; на фиг.8 - графики тока нагрузки и напр жени  на элементах генератора в схеме по фиг.7; на фиг.9 - принципиальна  схема генератора при подключении источника питани  параллельно одному из пороговых к.пючевых элементов; на фиг. - графики тока нагрузки и напр жени  на элементах генератора в схеме по фиг.9.

Генератор импульсов тока содержит источник 1 питани  посто нного тока, зар дную цепь 2, первый 3, второй 4 коммутирующие конденсатора, накопительный конденсатор 5, первый мостовой тиристорный коммутатор из первого 6, второго 7, третьего 8 и четвертого 9 тиристоров с первым конденсатором 3 в диагонали, первый ключевой пороговой элемент, например на тиристоре 10, в первое плечо мос- товой схемы включена катушка 11 ин- дуктивности, а во второе плечо, противоположное первому, включен конденсатор 5, второй мострвой тиристорный коммутатор из п того 12, шестого 13, седьмого 14, восьмого 15 тиристоров со вторым конденсатором 4 в диагонали, второй ключевой пороговый элемент, например на тирис

5

0

5

0

5

0

5

0

5

торе 16,причем первый коммутатор включен в третье плечо мостовой схемы , второй коммутатор включен в четвертое плечо мостовой схемы. Тиристор 10 включен в первую диагональ мостовой схемы, а тиристор 16 включен во вторую ее диагональ. Источник 1 питани  через зар дную цепь 2 подключен параллельно второму плечу мостовой схемы с конденсатором 5. Управл ющие электроды всех тиристоров присоединены к блоку 17 управлени  .

Пороговые ключевые элементы могут быть выполнены различным образом . На фиг.2 представлены варианты выполнени  ключевых пороговых элементов . Они могут быть выполнены в виде диода 18, обеспечивающего минимальный порог срабатывани , а также в виде динистора 19, у которого порог срабатывани  может быть вьшае; порог срабатывани  в этих вариантах нерегулируем . С регулируемым порогом срабатывани  ключевые пороговые элементы могут быть выполнены в виде последовательно соединенных диода 20 и дроссел  21 насыщени , порог срабатывани  в этом случае определ етс  временем перемагничивани  сердечника , которое зависит от количества витков его обмотки. Изменением количества витков его обмотки, например, с помощью скольз щего контакта можно регулировать порог срабатывани . Ключевые пороговые элементы могут быть выполнены в виде последовательно соединенных диода 22 и первичной обмотки 23 дроссел  24 насьш ени , вторична  обмотка 25 которого присоединена к блоку 17 управлени . Регулируемость порога срабатывани  обеспечиваетс  изйенением величины тока 1у подмагничивани . Ключевые пороговые элементы могут быть выполнены в виде тиристора 26, управ- электроды которого присоединены к блоку 17 управлени . Регулирование порога срабатывани  производитс  за счет изменени  тока 1у управлени  от нул  до тока спр млени  или сдвигом импульсов управлени  по времени.

На фиг. 3, 4, 5, 6, 8, 10 крива  27 - график напр жени  на конденсаторе 5; крива  28 - график тока через катушку 11, крива  29 5

график напр жени  на конденсаторе 3 крива  30 - на конденсаторе 4.

Генератор импульсов тока (фиг.1) работает следуюсцим образом.

В исходном состо нии конденсаторы 3, 4 и 5 зар жены до требуемого уровн  напр жени  с пол рностью, показанной на фиг.1. В момент времени t (фиг.З) включаютс  тиристоры 7, 9, 12 и 15. Конденсатор 5 разр жа- етс  по цепи: конденсатор 5 - тиристор 7 - конденсатор 3 - тиристор 9 катушка 11 - конденсатор 4 - тиристор 12 - конденсатор 5. Допустим, через управл ющие электроды тиристоров 10 и 16 протекают токи, равны или превышающие их ток спр млени . В этом случае тиристор, как и диод, вклчаетс  при минимальном пр мом напр же НИИ. В момент t к тиристорам 10. и 16 приложено обратлое напр жение и они заперты. При этом ток в катушке 11 увеличиваетс , а напр жение на конденсаторах 3 и 4 уменьшаетс  и они перезар жаютс  током катушки 11. При одинаковых емкост х конденсаторов 3 и 4, меньших емкости конденсатора 5, напр жени  на конденсаторах 3 и 4 измен ютс  одинаково и в момент t, они перезар - жёны до напр жени , равного напр жению на конденсаторе 5, К тиристорам 10 и 16 прикладываетс  положительное напр жение и практически в этот же момент t они включаютс , так как пороговое напр жение у них .Минимально. При этом тиристоры 7, 9 12 и 15 обесточиваютс  и выключаютс  а ток катушки 11 замыкаетс  по контуру: катушка 11 - тиристор 10 - конденсатор 5 - тиристор 16 - катушка 1 1 . Энерги , запасенна  в магнитном поле катушки 11, рекуперирует в конденсатор 5. В момент t вс  энерги  из катушки 11 рекуперировала в кондеисатор 5 и ток в ней прекращаетс . Ток через тиристоры 10 и 16 также прекращаетс  и они запираютс . Конденсаторы 3 и 4 остаютс  переза- р жеиньми до момента tj-начала формировани  следующего импульса тока, а конденсатор 5 зар жаетс  от источника 1 питани  через зар дную цепь 2. R момент tj напр жение на конденсаторе 5 достигает первоначальной величины и схема возвращаетс  в исходное состо ние. Дл  формировани  следующего импульса в нагрузке от2Ь872

крываютс  тиристоры 6,8, 13 и 14. В остальном схема работает аналогично.

Регулирование длительности фронта

5 импульса тока может быть обеспечено неодновременностью включени  ти- ристорных мостов, при этом генератор импульсов тока работает следующим образом. В момент t, (фиг.4) блоком

10 17 управлени  включаютс  тиристоры 7 и 9. При этом к тиристору 10 прикладываетс  пр мое напр жение, большее его порогового напр жени , и он включаетс . Конденсатор 3 раз15 р жаетс  по цепи: 3-9- 11 - 10- 7-3. Напр жение на нем уменьшаетс , а ток через катушку 11 увеличиваетс . В это врем  конденсатор 5 зар жаетс  от источника 1 питани  через

зар дную цепь.2. В момент t, включаютс  тиристоры 12 и 15. При этом к тиристору 10 прикладываетс  обратное напр жение и он запираетс , а конденсатор 5 разр жаетс  по цепи:

конденсатор 5 - тиристор 7 - конденсатор 3 - тиристор 9 - катушка 11 - тиристор 15 - конденсатор 4 - тиристор 12 - конденсатор 5 током катушки 11. Напр жение на конденсаторе

30 5 уменьшаетс , а конденсаторы 3 и 4 перезар жаютс  током катушки 11, Когда напр жение на конденсаторе 3 достигает напр жени  на конденсатог ре 5, к тиристору 16 прикладываетс 

JC положительное напр жение и при превышении его порога срабатывани  в момент ti он включаетс . Тиристоры 7 и 9 обесточиваютс  и выключаютс . Поскольку из-за разр да на интерва- .

40 ле to,...,tf напр жение на конденсаторе 3 раньше достигнет напр жени  конденсатора 5, чем напр жение на конденсаторе 4, то тиристор 10 в этот момент остаетс  запертьм, а

д5 ток катушки 11 замыкаетс  по цепи: катушка 11 - тиристор 15 - конден- , сатор 4 - тиристор 12 - тиристор 16 - катушка 11, и перезар жает конденсатор 4 до напр жени  на конден50 саторе 5 в момент tj. Конденсатор 5 на интервале tj,...,tj подзар жаетс  от источника 1 питани  через зар дную цепь 2. В момент tj к тиристору 10 прикладываетс  положительное

с напр жение и при превышении его порога срабатывани  он включаетс . При этом тиристоры 15 и 12 обесточиваютс  и выключаютс , а ток катушки 11 замыкаетс  по цепи: катушка 11 тиристор 10 - конденсатор 5 - тиристор 16 - катушка 11, уменьша сь по величине за счет рекуперации энергии магнитного пол  катушки 11 в конденсатор 5. Конденсатор 3 остаетс  перезар женным до момента tf начала формировани  следующего импульса тока в нагрузке, конденсатор 4 - до момента tg , определ емого блоком 17 управлени , а конденсатор 5 зар жаетс  от источника 1 питани  через зар дную цепь 2 до момента t . В момент схема возвращаетс  в исходное состо ние. Дл  формировани  следующего импульса в нагрузке открываютс  в момент t тиристоры 6 и 8, а в момент t - тиристоры 13 и 14. Далее схема работает аналогично. Измен   длительность интервала t

7

.t,

с помощью блока 17 управлени  можно регулировать длительность фронта импульса тока. I

Регулирование спада импульсов

тока в нагрузке и их амплитуды может быть обеспечено изменением порогового напр жени  срабатывани  тиристоров 10 и 16 за счет, например , регулировани  их тока управлени  от нул  до тока спр млени , при этом генератор импульсов тока работает следующим образом. В момент tg (фиг.5) блоком 17 управлени  включаютс  тиристоры 7, 9, 12 и 15. Конденсатор 5 разр жаетс  по цепи: конденсатор i - тиристор 7 - конденсатор 3 - тиристор 9 - катушка 11 - тиристор 15 - конденсатор 4 - тиристор 12 - конденсатор 3. Ток в катушке 11 увеличиваетс , а напр жение на конденсаторах 3, 4 и 5 уменьшаетс . В Момент t конденсаторы 3 и 4 перезар жаютс  до напр жени  на конденсаторе 5 и тиристорам 10 и 16 начинает прикла дыватьс  положительное напр жение. Однако тиристоры 10 и 16 не включа ютс ,так как это напр жение меньше

а ток катушки 11 замыкаетс  по цепи: катушка 11 - тиристор 10 - конденсатор 5 - тиристор 16 - катушка 11. Энерги  магнитного пол  катушки 11 рекуперирует в конденсатор 5 и ток в ней уменьшаетс . В момент tj рекупераци  оканчиваетс , тиристоры 10 и 16 обесточиваютс  и выключаютс ,

0 а конденсатор 5 зар жаетс  от источ- ника 1 питани  через зар дную цепь 2. Чем выше пороговое напр жение Uri срабатывани  тиристоров 10 и 16,тем больша  часть энергии рекуперирует в

5 конденсаторы 3 и 4 к моменту t,. При этом интервал t2,,..,t рекуперации энергии в конденсатор 5 уменьшаетс , что ведет к уменьшению длительности спада импульса тока.

0 В момент t напр жение на конденсаторах 3 и 4 превьш1ает напр жение на них в момент t, и в момент t . начала формировани  следующего импульса тока к катушке 11 при вклю5 чении тиристоров 6, 8, 13 и 14 прикладываетс  более высокое напр жение ,

5

чем в момент t,. Это приводит к увеличению амплитуды импульсов тока. Таким образом, увеличение напр жени .

0 и срабатывани  тиристоров 10 и 16 увеличивает амплитуду импульсов тока.

В случае формировани  трапецеидальных импульсов тока генератор работает следующим образом. I

В момент to (фиг.6) блоком 17 управлени  включаютс  тиристоры 7, 9, 12 и 15. Конденсатор 5 разр жаетс  по цепи: конденсатор 5 - тиристор 7 - конденсатор 3 - тиристор 9 - катушка 1 1 - тиристор 15 - конденсатор 4 - тиристбр 12 - конденсатор 5. Ток в катушке 11 увеличиваетс , а напр жение на конденсаторах 3 и 4 умень5 шаетс . В момент t конденсаторы 3 и 4 перезар жаютс  до напр жени  на конденсаторе 5. К тиристорам 10 и 16 начинает прикладыватьс  пр мое напр жение и практически в этот же

0

порогового напр жени  U срабатывани .rn момент t, они включаютс , так как

Поэтому происходит дальнейший процесс разр да конденсатора 5 и перезар да конденсаторов 3 и 4. Ток в катушке 11 уменьшаетс  за счет рекуперации ее энергии в конденсаторы 3 и 4. В момент tj, когда к тиристорам 10 и 16 приложитс  напр жение Uf,, они включаютс . При этом тиристоры 7, 9, 12 и 15 обесточиваютс  и выключаютс .

пороговое напр жение и„ у них мини мально. При этом тиристоры 12 и 15 обесточиваютс  и выключаютс , В эт же момент t, блоком 17 управл.ени  55 включаетс  тиристор 8, Тиристор 9 выключаетс  обратный напр жением п резар дившегос  конденсатора 3, а ток катушки 11 замыкаетс  по цепи: катушка 11 - тиристор 10 - тириспороговое напр жение и„ у них минимально . При этом тиристоры 12 и 15 обесточиваютс  и выключаютс , В этот же момент t, блоком 17 управл.ени  включаетс  тиристор 8, Тиристор 9 выключаетс  обратный напр жением перезар дившегос  конденсатора 3, а ток катушки 11 замыкаетс  по цепи: катушка 11 - тиристор 10 - тиристор 7 - тиристор 8 - катушка 11, и затухает в этой цепи с посто нной времени, определ емой индуктивностью катушки 11 и суммарного активного сопротивлени  этой цепи до момента

-2

уменьша сь по величине.

В момент t блоком 17 управлени  включаетс  тиристор 6. Тиристор 7 выключаетс  обратным напр жением конденсатора 3, а ток катушки 11 замыкаетс  по цепи: катушка 11 - тиристор 10 - тиристор 6 - конденсатор 3 тиристор 8 - катушка 11. Конденсатор 3 перезар жаетс  током катушки 11 до момента tj, когда напр жение на нем достигнет напр жени  на конденсаторе 5, который на интервале t,...,tj зар жаетс  от источника 1 питани  через зар дную цепь 2. В момент t к тиристору 16 прикладываетс  положительное напр жение и он включаетс . При этом тиристоры 6 и 8 обесточиваютс  и выключаютс , а ток катушки 11 замыкаетс  по цепи: катушка 11 - тиристор 10 - конденсатор 5 - тиристор 16 - катушка 11. Энерги  магнитного пол  катушки 11 рекуперирует в конденсатор 5 и ток в ней уменьшаетс . В момент t рекупераци  оканчиваетс  и тиристоры 10 и 16 выключаютс  а конденсатор 5 зар жаетс  от источника 1 питани  зар дную цепь 2.

При формировании следующего импульса включаютс  тиристоры 7, 9, 13 и 14. Дл  формировани  плоской части импульса снова включаетс  тиристор 8 а формирование спада импульса произ- водитс  при включении тиристора 6.

Дл  уменьшени  длительности спада импульса тока можно увеличить пороговое напр жение U до величины, большей начального напр жени  на конденсаторе 5. При этом в момент t тиристор 16 не включаетс , вс  энерги  катушки 11 будет рекуперирована в конденсатор 3, Поскольку его емкость меньше емкости конденсатора 5, то длительность рекуперации энергии уменьшитс , что уменьшит длительность среза импульса. Кривые тока и напр жений дл  уменьшенной длительности среза импульса тока показаны на фиг.6 пунктиром.

Таким образом, измен   момент t- и величину порогового напр жени  U тиристора 16, можно регулировать дли

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

7210

тельность импульса тока и врем  его среза.

Источник 1 питани  может быть подключен через зар дную цепь 2 параллельно и другим элементам мостовой схемы, например, паргшлельно первому тиристорному мосту из тиристоров 6, 7, 8, 9, как показано на фиг.7, при этом генератор импульсов тока (фиг.7) работает следующим образом.

В исходном состо нии конденсаторы 3,4, 5 зар жены до требуемого уровн  напр жени  с пол рностью, показанной на фиг.7. Допустим, что емкости конденсаторов 3 и 4 одинаковы и меньше емкости конденсатора 5, а через управл ющие электроды тирис- торов 10 и 16 протекают токи не меньше их токов спр млени . Напр жение на конденсаторе 4 несколько больше напр жени  на конденсаторе 3. 1

В момент to (фиг.8) блоком 17 управлени  включаютс  тиристоры 7, 9, 12 и 15. Конденсатор 5 разр жаетс  по цепи: конденсатор 5 - тиристор 12 - конденсатор 4 - тиристор 15 - катушка 11 - тиристор 9 - конденсатор 3 - тиристор 7 - конденсатор 5. Ток в катушке 11 увеличиваетс , а напр жение на конденсаторах 3 и 4 уменьшаетс . Причем на конденсаторе 3 напр жение уменьшаетс  быстрее и он быстрее перезар жаетс , так как его перезар д производитс  суммарньм током катушки 11 и входного тока от источника 1 питани , который в момент С„ замыкаетс  по цепи: источник 1 - зар дна  цепь 2 - тиристор 9 - конденсатор 3 - тиристор 7 - источник 1. В момент t конденсатор 3 перезар жаетс  до напр жени  на конденсаторе 5. К тиристору 10 в пр мом направлении начинает прикладыватьс  напр жение и практически в этот же момент ty он включаетс , так как пороговое напр жение Uq у него минимальное. При этом тиристоры 7 и 9 обесточиваютс  и выключаютс . Ток катушки 11 замыкаетс  по цепи: катушка 11 - тиристор 16 - тиристор 12 - конденсатор 4 - тиристор 15 - катушка 11, обеспечива  дальнейший перезар д конденсатора 4. Входной ток источника 1 питани  замыкаетс  по цепи: источник 1 - зар дна  цепь 2 - тиристор 16 - конденсатор 5 - источник 1, подзар жа  конденсатор 5. В момент t напр жение на конденсаторе 4 достигает величины напр же- НИН конденсатора 5. К тиристору 10 начинает прикладыватьс  напр жение в пр мом направлении и практически в этот же момент t он включаетс , так как пороговое напр жение и„ у него минимально. При этом ток катушки 11 эамыкаетс  по цепи: источник 11 - тиристор 16 - конденсатор 5 - тиристор 10 - катушка 11, а тиристоры 12 и 15 обесточиваютс  и выключаютс . Энерги  магнитного пол  катушки 11 рекуперирует в конденсатор 5 и ток

в ней уменьшаетс . В момент t) рекупе- ристор 7 - конденсатор 3 - тиристраи   оканчиваетс , тиристор 16 обесточиваетс  и выключаетс , а конденсатор 5 зар жаетс  от источника 1 питани  через зар дную цепь 2 и тиристор 16. В момент t схема возвращаетс  в исходное состо ние и дл  формировани  следующего импульса включаютс  тиристоры 6, 8, 13 и 14. Тиристор., : 16 при этом выключаетс . Далее схема работает аналогично.

Источник 1 питани  может быть под-, ключен через зар дную цепь 2 параллельно элементам мостовой схемы, расположенных и в ее диагонал х, напри- мер, параллельно тиристору 16, как показано на фиг.9.

Генератор импульсов тока по фиг.9 работает следующим образом.

В исходном состо нии конденсаторы 3, 4, 5 зар жены до требуемого уровн  напр жени  с пол рностью, показанной на фиг . 9. Конде- сатор 5 зар жаетс  от источника 1 питани  через зар дную цепь 2, катушку 11 и тиристор 10. Поэтому в исходном состо нии через катушку 11 протекает ток, равный

по величине входному току let.

(

В момент t,, (фиг. 10) блоком 17 уп-; равлени  включаютс  тиристоры 7, 9, 12 и 15.Тиристор 10 при этом запираетс . Конденсатор j разр жаетс  по цепи: конденсатор 5 - тиристор 7 - конденсатор 3 - тиристор 9 - катушка 11 - тиристор 15 - конденсатор 4 - тиристор 12 - конденсатор 5. Ток в катушке 11 увеличиваетс , а напр жение на конденсаторах 3 и 4 уменьшаетс . Причем на конденсаторе 3 напр жетор 9 - катушка 11, обеспечива  дал нейший перезар д конденсатора 3. Входной ток источника 1 питани  замыкаетс  по цепи: источник 1 - за20 р дна  цепь 2 - катушка 11 - тиристор 10 - конденсатор 5 - источник 1 подзар жа  конденсатор 5. В момент t напр жение на конденсаторе 4 дос тигает величины напр жени  конденса

25 тора 5. К тиристору 16 начинает при ладыватьс  напр жение в пр мом направлении и практически в этот же м мент t он включаетс , так как поро говое напр жение U у него минималь

30 но. При этом ток катушки Г1 замыкаетс  по цепи: катушка 11 - тиристор

10- конденсатор 5 - тиристор 16 - катушка 11, а тиристоры 7 и 9 обесточиваютс  и выключаютс . Энерги  магнитного пол  катушки 11 рекуперирует в конденсатор 5 и ток в ней уменьшаетс . Через тиристор 16 про текает разность токов катушки 11

и входного тока Ij источника 1 пи- д- танин. При снижении тока в катушке

11до величины тока ( в момент t тиристор 16 обесточиваетс  и выключаетс , а конденсатор 5 зар жаетс  от источника 1 питани  через зар д-

-с ную цепь 2, тиристор 10 и катушку 11. В момент t схема возвращаетс  в исходное состо ние и дл  формировани  следующего импульса включаютс  тиристоры 6,8, 13 и 14. Тиристор 10 при этом выключаетс . Далее схем работает аналогично.

Генераторы импуль сов тока по фиг.7 и 9 имеют тдкие же возможности по регулированию длительности им

35

50

ние уменьшаетс  медленнее, так как его 55 и, в частности, его фронта и перезар д производитс  разностью то-среза, как и генератор по фиг.1.

Claims (4)

1. Генератор имрульсов тока, со- держаш 1й источник питани  посто нно-

го тока, зар дную цепь, мостовую схему , в противоположные плечи которой включены катушка индуктивности и накопительный конденсатор, в другие противоположные плечи - соответственно первый и второй.коммутаторы, в диагонали мостовой схемы включены соответственно первый и второй коммутаторы , в диагонали мостовой схемы включены соответственно первый и второй ключевые пороговые элементы, первый и второй коммутирующие конденсаторы , отлич ающи и. с   тем, что, с целью расширени  области применени , повышени  коммутационной устойчивости , частоты следовани  импульсов , в качестве первого и второго коммутаторов использованы мостовые тиристорные коммутаторы, в другую диагональ которых включены соответ18

19

ственно первый и второй коммутирую- 1цие конденсаторы, источник питани  через зар дную цепь подсоединен параллельно одному из элементов мостовой схемы.

2.Генератор по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что источник питани  через зар дную цепь подсоединен параллельно накопительному конденсатору .

3.Генератор по п.1, отличающийс  тем, что источник питани  через зар дную цепь подсоединен параллельно одному из мостовых тиристорньк коммутаторов.

4.Генератор по п.1, отличающийс  тем, что источник питани  через зар дную цепь подсоединен параллельно одному из ключевых пороговых элементов.

16

17

Фиг.д

Фиг,В

.«.«--«

СригЛ

Фиг. 8

К t

Фиг.9

27

Щи г.10